JPS59136666A - 送配電線路の地絡故障点評定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の喝する技術分野〕 本発明は送配電線路中で地路故障が生じたとき。

地絡故障点の位置の評定２例えばある測定点からの該地
絡故障を生じた送配電線中の故障点までの距離の推定を
行な５方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

在来のかかる故障位置評定の最も簡単な手段は。

ある測定点から地絡故障を起こした送配電線のインピー
ダンスを測定して、これと該送配電線の特性インピータ
ンスとから故障点までの距離を推定するものであるが、
装置が比較的簡易に構成できる反面、地絡故障点におけ
る送配電線と大地とのインピーダンスすなわちいわゆる
故障点インピーダンスの値によって距離の推定値に誤差
が生じゃすいことが一般に知られている。前記の故陥点
インピーダンスは主として抵抗性であり、この点に注目
して送配電線のりアクタンス成分を重点に測定して故追
点を評定する手段も公知であるが、非接地送配′Ｃ系に
おける測定例では架空綴の断面が６０ｄのとき地絡故障
点における故障点インピーダンスの抵抗分は０〜２ｏキ
ｐオームの間に変動しうろことが知られており、かかる
場合に評定距離誤差４１００メートル以内に納めるため
には、送配電線の地絡故障によるインピーダンスの変化
を抵抗分で０．０３オーム、リアクタンス分でモ０．０
３Ω（５０ヘルツに対する値）腋内の精度で測定する必
要があることになり、これを前述の１０キロオーツ・程
度の故障点インピーダンスと比較すると故障点抵抗の１
０　〜１ｏ　　すなわち少なくとも十分のエバーセント
以上の精度の測定を必要とすることになるので、この原
理で実用的な装置を製作することは極めて困難である。

このため、故障点インピーダンスの影響を余り受けない
で送配電線の故障点までのインピーダンスもしくはこれ
に関連する電気量を精密に測定す・る手段として１本出
願人は特願昭５６−２２４２３号の発明を出願した。し
かし、当該発明では測定用電源の周波数を比較的低（と
る必要があり、測定用′ｆｔ源を高圧ないし超高圧の送
配線に結合するための変成器などの結合器を経済的に製
作するＫは当該測定用縦深の周波数を高めるのが望まし
いが、周波数を数百ヘルツ種度にまで上げると送配電線
のもつ分布キャパシタンスの影響が無視できなくなって
しまう。

〔発明の目的〕

本発明は以上に説明した従来技術の欠点ないし問題点の
認＠に立脚して、地絡故障点における故障点インピーダ
ンスの変動の影響が少な（、かつ送配電線への測定用交
流電力の注入を簡単にできるよう試鋏用電源の周波数を
高くとっても送配電線のもつ分布キャパシタンスの影響
を受けることが少な（゛送配直線路の地絡故障点を評価
する方法を実現することにある。

〔発明の要点〕

本発明によれば上述の目的を達成するために、故障点評
定をすべき送配電線路区間の両端に地絡故障が生じた送
配電線に評定用の交流電流を注入する電流源回路をそれ
ぞれ設けておき、地絡故障が生じたとき両端の電流源回
路から同一周波数。

同一振幅でかつ互いに逆位相の測定ｉｔ流をそれぞれ当
該地絡事故送配線に注入する。地絡事故発生点における
故障点インピーダンスにはこれら両電流源回路から注入
された評定用電流が重複して流れることになるが、前述
のように両評定用電流は逆位相なので両者は実質的に相
殺され、当該故障点インピーダンスには全く評定用電流
が流れないかあるいは流れても従来手段に比して極めて
小さな電流が流ｎるに過ぎな（なる。このことが本発明
方法が故障点インピーダンスの影響を受けることが本質
的に少ない大きな理由になつ−ている。

地絡故障が生じると、評定用電流に対する送配電線のイ
ンピーダンスが正規状態から当然変化し。

従って評定用電流を供給する電流源回路の電力や力率な
どの電気値もこれに応じて変化するわけであるが、本発
明においては地絡故障が送配電線路の中央点で生じた場
合に評定電流に対する送配電五メのインピータンスない
しは電流源回路中の電気値が故障点インピーダンスによ
って本質的に影響を受けないことに注目し、当該ｔ９合
の送配電録インヒーダンスないしは前、述の電気値を基
準にして故障点を評定する。このよう（（地絡故ｉ１が
中央点で生じた場合を考えると、故障点インピーダンス
には線路区間の両端の電流源回路から大きさが等しく方
向が逆向けの評定用電流が流入して両者は相殺され、実
質上故障点インピーダンスには評定用電流が流れないか
ら、このときの送配電線のインピーダンスは故障点イン
ピーダンスによって影響されない０地絡故障が中央点以
外で生じた場合には、送配電線インピーダンスは故障点
インビーダンスの影響を受けるようにはなるが、その変
化は彼達のように故障点の位置ないしは距離に対して笑
用上はぼ線形にないしは比例して変化し、その変化の度
合が故障点インピーダンスによって変わりて来る。

以上のように故障送配ば。′θのインピーダンスがほぼ
故障点し・）中央点からの距離に比例して変化するが故
障点インピーダンスの影響を受ける点（・ζ型押して故
障点を評定するにあたって１本発明では故障点インピー
ダンスの値を測定するこトナ（、故障点までの送配電線
の距離が所定長だげ変化した場合の送配電線のインピー
ダンスないしは前述の電流源回路中の特性電気値の変化
を測定し、該変化値を基準にして故障送配電線のインピ
ーダンス値ないしは前述の特性電気値から比例計算で故
障点の位置を評定する。このように送配電線の距離を所
定長だけ変化させるため、本発明においては当該所定長
の送配電線のインピーダンスに等価な等価インピーダン
ス回路を電流源回路中に一時的に挿入する。この等価イ
ンピーダンス回路な挿入しない都合と挿入した場合１ｃ
　ｉ６ける送配電線インピーダンスないしは特性電気値
の差から故障点・ｒンヒーｌ−ｙスの影響度すなわち送
配電線インピーダンスないしは特性電気値の距離に対す
る比例常数が知られるので、後は簡単な演算によって容
易に地、ｉｔｉ故障点までの距離を計蒜することができ
る。

〔発明の実施例〕

次に図面を参照しながら不発明の夾施ｖ１１を説明する
。第１図は本発明の原檀説リノ図であって、Ｌが１本の
送配電線を模式的に示し、その長さｌが本発明方法によ
って増結故障を評定すべき区間を示している。該区間の
両端には電流源回路１．２がそれぞれ設けらｔて適当な
結合手段を介して高電圧の送配電１１　ａ　Ｌ　Ｋ　ｌ
ｒ′Ｆ定用電流用電流するのであるが、この図では簡単
化のため回定用電流Ｉｆ、Ｉ２が電流源回路１．２がら
送配電線りに直接注入されるよう描がｇでいる。これら
測定電流は同一の周波数ｆと同一の振幅Ｉ、をもつよう
Ｋｆｌ＋υ御されるが。

その位相は互いに逆位相に選ばれている。この逆位相で
あることを示すため、第１図では電流源回路２の評定用
電流Ｉ２は送配電線りから注出される方向に矢印が付さ
れている。地絡故障点はＦで示され、この点と大地との
間の故障点インピーダンスすなわち地絡抵抗は几ｇであ
り、送配電線区間りの左端から地路故障点までの距離が
Ｘであるとする。

いま地絡故障点Ｆが送配心線区間りの中央点にあり、従
ってｘ＝ｌ／２であったとすると、故障点インピーダン
スＲｇには％、電流源回路がらの評定用電流工１に比例
するｔＫ、１１’　　と電流源回路２からの評定用電流
工２に比例する電流Ｉ２’とが互いに逆方向に流れ、容
易に諒解されるようにＩｌ’とＩ２’の大きさは等しい
ので、両硫流工１’どＩ２’とは相殺し合って故障点・
〔ンピーダンスＲｇ　Ｋ加れる電流は４になる。ａがし
、＃ｌ！ｆ５故障点Ｆ故障点点以外にあるとＳには、送
配電線りの左端から故ト章点Ｆまでのインピーダンスｚ
１と右端０．がら故障点Ｆまでのインピーダンスｚ２は
それらの間の送配電線の長さよおよびｌ　−ｘに比例す
るから、インピーダンスＺｌ、Ｚ２の値は相異なり、故
障点Ｆにおける２電流ＩＩ’　、　１２’の大きさも異
なって来て両電流は完全には相殺されない。かかる一般
的な場合には次の方程式が電車する。

上式中のすべての符号はベクトル量であり、ｖｌ。

ｖ２は第１図に示すように送配電線りの左端および右端
のＮ圧であるが、これらは＃波数ｆの評定用Ｎ流回格の
電圧であって送配電線の商用周波電圧とは易なることに
留ｔ、串れたい。またその他の符号の内容は次のとおり
である。

Ｒω−６礪　（伝播定数）。

Ｙ−二　等価インピーダンス／単位長 Ｚ、＝Ｊ７ＪＹ　　（特性インピーダンス）Ｚ：等価対
地アドミ　ダンス／単位長 ＡＩ＝ｃｏｓｈ（Ｒ，５ｒ） ＣＩ　＝　（ｌ／Ｚω）　ｓ　ｉｎｈ　（Ｒ＠＋！　）
Ｂｌ　＝Ｚ、　５ｉｎｈ　（Ｒａｇ！　）Ｄ　Ｉ　＝　
ｃｏｓｈ　（Ｒｍｘ　） Ａ２　＝　ｃｏｓｈ　（Ｒｍ　（１”　）　）Ｃ２＝　
（’／７．．　）　５ｉｎｈ　（Ｒｍ（ｌ　　”　）　
）Ｂ２＝Ｚａ＋５ｉｎｈ　（ｎａｌ（ｌ　　ｊ’）　）
Ｄ２＝ｃｏｓｈ　（Ｒ（１１（ｌ　−ｊｃ　））さて、
前述のように１１＝Ｉ２＝ＩＳであるから。

この条件を（１１式に入れて開式左辺のｖｌの値を故障
点インピーダンスＢ、ｇをパラメータとしＸを変数とし
て求めることができる。この結果により送配ｆｉ線の左
端側の無効電力Ｑ　−Ｖｌ５　ｓ　ｉｎθ（ただしθは
Ｖｌと工、との間の位相角）を求めると第２図のとおり
である。

第２図の横軸は送配電線の左端から地絡故障点Ｆまでの
距離Ｘ、縦軸は前述の無効電力Ｑであって、図の曲線Ｒ
，ｏは故障嬢インピーダンスＲｇが零すなわち完全接地
の響合、曲線Ｒ５、ＲＩＯは故障点インピーダンスがそ
れぞれ５．１０キロオーム　の場合、曲線Ｒは故障点イ
ンピーダンスが無限大すなわち地絡故障がない揚台に対
応する。ただしこの数値計算にあたっては、送配電線が
６０−断面の架空銅線であり、その分布インダクタンス
はｏ、ｏｏｉｍＨ／ｍ、分布キャパシタンスは０．０１
ｎＦ／ｍ＋　　評定用電流の周波数ｆは３００Ｉ（ｚ、
注入電流値工はＩＡ。

送配電線長ｌは５ＫＷＬとして無効電力Ｑを求めたもの
で、６．６ｋＶ級の配電線の代表的な値である。

第２図に表わされた結果から次のことがわかる。

送配電線の中央点で接地故障が生じた場合該線区喘にお
ける無効電力Ｑは故障点インピーダンスａｇのいかんに
拘らず地絡故障が全くない場合の無効電力Ｑｏに等しい
。これは前述のように故障が中央点にあるとき故障点イ
ンピーダンスＲｇｌＣ評定電流が全く流れないことから
も容易に予測されたところである。さらに、故障点イン
ピーダンス侮の零から無限大に至るまで無効電力Ｑは故
障点までの距＠ｘに対して実用上直線的に変化すると見
てもよいことがわかり、これは故障膚の評定に際して後
述のようにつごうがよい。もつともこの関係は前述の（
１）式のＡ１〜Ｄ、、Ａ２〜Ｄ２が伝播定数ＲＩｌｌＩ
と距離Ｘないしはｌ−ｘの積の関数であることから推定
されるように、送配電線の長さｌが大になり周波数ｆが
大となるとともに直線性からずれる傾向はあるが、前述
のように測定電流の周波数ｆが数百ヘルツ程度において
も笑際の送配電線条件下で直線性が保たれて（・ること
は１本発明の原理が従来よりも高い周波数の測定用電流
を用いるのに適していることを示している。さらに第２
図の曲線Ｒが理論的にも直線であることかられかるよう
に、無効電力Ｑと距離Ｘとの関係は故障点インピーダン
スＲｇが高い桿直線性がよいことになり、故障点インピ
ーダンスが大きくなると評定の誤差が増す従来の評定方
法にない特長を本発明が有することがわかる。

つぎに上述の原理を用いた送配電線路の地絡故障点評定
の方法を第３図により説明する。第３図において送配電
線路りはヨ相の高圧架空線ＬＬ、Ｌ２およびＬ３かうな
り、このうち架空、ｉｌｉ！Ｌ２の故障点Ｆに故障点イ
ンピーダンス几ｇの地絡故障が生じた場合が示されてい
る。電流諒回路１．２は当該送配電線路区間りの両端に
それぞれ配設され、定電流発生装！　１１　、２１で発
生した同一周波数、同一振幅の評定用電流を変流器１２
　、２２を介して高圧の送配電線の内の１本に評定用電
流を注入する。もちろん区間の左右端からは互いに逆位
相の測定用電流が注入される。地絡判別装置１２　、２
３は公知の装置であってよいので簡略化して描かれてお
り、地絡故障を生じた送配電線を見付けてその線に対応
する開閉器１４　、２４の接点を選択的に閉じて各３個
の変流器１２゜２２のうちの対応する変流器のみに定電
流装置１１゜２１からの電流を流して故障線に評定用電
流を注入する。なお、変流器１５．２５は所定の送配電
線路区間外に測定用電流が流出するのを防ぐだめのもの
であって、前述の地絡相判別装置１３　、２３からの指
令によって開閉器１６の接点を選択的に閉じて、各３個
の変流器１５　、２５のうちの対応する変流器の回路の
みを事故線に接続する。またフィルタ１７　、２７は変
流器１２　、２２を介して電流源回路１．２内に侵入し
てくる商用周波信号を除去するためのものである。等価
インピーダンス回路１８　、２８は所定長ｔｏの送配電
線のもつインピーダンスをリアクトル、コンデンサおよ
び抵抗器によって模擬する回路であって、スイッチ１９
　、２９の操作によって電流源回路１，２にそれぞれ挿
脱できるようになっている。また測定回路３０は電流源
回路１，２の特性電気値たとえば無効電力。

電圧、力率などを測定するものである。図示の電流源回
路１．２の構成において、定電流装置１１　、２１から
の定電流はそれぞれ等価インピーダンス回路１８゜２８
またはスイッチ１９　、２９を通って変流器１２　、２
２を流れ、さらに変流器１５．２５および開閉器１４　
、２４を通って測定器３０に入１．）、そこから定電流
装置１１　、２１に帰る。なお５前述の等価インピーダ
ンス回路１８．２８とそれに付属するスイッチ１９　、
２９とは、電流源回路１．２の双方に設ける必要はなく
その一万にだけ設けることでよい。さらに測定□器３０
も同様に故障点評定をする側の電流源回路に付属して設
けることでよい。

いま電流源回路１の方を測定端として故障点評定の方法
を説明する。図示のように送配電線Ｌ２の故障点Ｆで地
絡故障が生じると１図示しない地絡検出装置が地絡が生
じたことを検出し、これによって地絡相判別装置１３　
、２３が動作して送配電線Ｌ２が故障線であることを判
別し、開閉器１４　、２４　および開閉器１６　、２６
の接点を選択的に閉じて事故線に対応する変流器１２　
、２２および変流器１５　、２５を電流源回路内、２に
それぞれ接続する。最初はスイッチ１９が閉じられてい
る状態で、測定器３ｏは電流源回路１内の例えば無効電
力Ｑを測定する。ついでスイッチェ９が開かれ、対応す
る等価インピーダンス回路１８が電流源回路１に挿入さ
れた状態で同様に無効電力Ｑ′が測定される。

このように等価インピーダンス回路１８を挿入しない状
態での無効電力Ｑと挿入した状態での無効電力Ｑ′が測
定されろと、次式から地絡故障、＋５Ｆの測定端（電流
源回路１側）からの距離Ｘが直ち如求まる。

上式の根拠を第４図によって説明する。前述のように無
効電力Ｑと故障点までの距離Ｘとの関係は直線的である
から、故障点インピーダンスＲｇの値は未知であるかが
かる直線関係が図のＲｘなる直線で表わされるとする。

かがる直線眼は図に示すよ５に必ずＸ−７，Ｑ＝ＱＯな
る点を通る。

等価インピーダンス回路■５を挿入したときは送配電線
が前述の所定長ｉｎだけ長くなったことに等価であるか
ら、このときの無効電力Ｑ′は距離がＸ＋ｉｏである直
線Ｒｘ上の点に対応するはずである。

図の斜線を施した２個の三角形の相似）・らが成立し、
これをＸについて解けばｆ２１　：ｉｔが得られる。

上記のような故障点評定にあたっては、測定電流の周波
数は数百ないし数千ヘルツの範囲に〜四、ぶことができ
ろ。また上述の説明（τおいては測定すべき特性電気値
とし、て主に無効電力について説明したが、必ずしもこ
れに限定されるイ）のではなく、＃効力率で本、インピ
ータンスイ直てもあるいは・ＩＴ効電力であって本、紀
２図に示す距離Ｘに対する直線性が実用的に保たれる限
り測定対象に選ふことができる。またかかる直線性が保
たれていなくても、特性曲線の形状があらかＩ〕めわか
っていれば、それに対応した前述の１２）式に類似の式
から距離Ｘを求めることは容易なので１本発明の要旨内
において実施することが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明においては地絡故障評定を
すべき送配電線路区間の両端に該区間の送配宵、絆に評
定用交流電流を注入する電流℃７回路をそれぞれ設けて
、ｒＱ電流源回路から同−周波数同一据幅かつ互いに逆
位相の評定用型、諦を迂配賦紳に注入した状態において
、測定端となる電流源回路に所定長の送配電線カーもつ
インピータンスに等価な等価インピーダンス回路を押入
した場合と挿入しない場合との２通り（でついて、該電
流源回路内の無効電力などの特性電久値を測定し、該両
側定値から地絡故障点の測定端からの距離を推定するよ
うにしたので、地絡故障戸の故隊インピーダンスに流、
れる評定用電流が本質的に少なく、従って該故障インピ
ーダンスが高い場合においても地絡故障点の位置ないし
距離の評定誤差が少なくなる。また第２図に示すよづに
本発明方法において測定する特性電気値は地絡故障点ま
での距離に対して直線性が良好で、従って距離の推定を
正確に行なうことができ、かかる直線性は故障点インピ
ーダンスが高い程良好であって、従来の故障点インピー
ダンスが高くなる徨評定誤差が急速釦大きくなる欠点を
克服できる。さらには、！！４（ｉｌＩｉインピーダン
ス回路を電流源回路から挿脱するだけで、故障点インピ
ーダンスの影響を簡単にかつ正確に知ることができ、故
障ｐインピーダンス値を測定する要なく故障点を評定で
きるので、評定作業が簡単になりかつ評定結果が正確で
ある特長を有する。

【図面の簡単な説明】

図面はすべて本発明の詳細な説明するもので、第１図は
大発明の原理説明のための回路図、第２図は測定端から
地絡故葦点までの距離Ｘを変数とする本発明による評定
時に測定すべき特性電気値の一例としての無効電力の変
化を示すダイヤグテム、第３図は本発明による送配電線
路の地絡故障点評定法の具体的な実施例を説明する回路
図、第４図は故障点までの距離Ｘを推定する計算方法の
説ＢＡ図である。図において、１．２；電流の回路、１
１．２１：定電流装置、１２，２２，１５，２５　：　
ＦＦ定定電電流送配電線に注入する手段としての変流器
、１８．２８：零価インピータンス回路、１９．２９：
％価インピーダンス回路を電流む回路に挿脱するスイッ
チ、Ｆ：地絡故い点、Ｌ；地絡故障点を評定すべき送配
電線路、Ｌ２：地路故障を生じた送配電線、ｌ：送配電
線路長、ｌｏ：等価インピーダンス回路に等価な送配電
訣長、Ｑ：測定すべき′ＩＡ’　Ｒ，源回路の特性電気
値のｆＦＩＩとしての無効電力、ＱＯ：区間の中央点で
地絡故障を生じたときの無効−力値。 △Ｑ：等価インピーダンスを挿入したときと挿入しない
ときの無効電力の差１．ｒ：測定端から地声故障点まで
の距離、である。 才　１　凹 Ｔ　２　図 ７４　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）送配電線路区間の両端に該区間内の送配電線に評定
   用交流に流を注入する電流源回路をそれぞれ設けるとと
   もに該両電流源回路の少なくともｍ１に該区間内の所定
   長の送配電線がもつインピーダンスに等価な等価インピ
   ーダンス回路を挿脱自在に接続し、前記区間内で地絡故
   障が生じたとき該地絡故障を生じた送配電線に前記両電
   流回路から同一周波数、同一振幅かつ互いに逆位相の評
   定交流電流をそれぞれ注入し、該注入時における前記電
   流源回路が示す特性電気値を前記等価インピーダンス回
   路を挿入しない場合と挿入した場合についてそれぞれ測
   定し、前記両特性電気値と、前記区間の中央点で地絡故
   障が生じた場合に電流源回路が示す特性電気値と、前記
   等価インピーダンス回路に等価な送配［υの前記所定長
   とから地絡故１ｉｆｔ点の区間内の位置を推定すること
   を特徴とする送配電線路の地絡故障点評定方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、評定交
   流電流の周波数が数百から数千ヘルツの範囲内に選ばれ
   たことを特徴とする送配電線路の地絡故障点評定方法。 ３）特許請求の範囲第１項記載の方法において、特性電
   気値が無効電力値であることを特徴とする送配電線路の
   地絡故障点評定方法。 ４）特許請求の範囲第１項記載の方法において、特性電
   気値が無効力率値であることを特徴とする送配電線路の
   地絡故障点評定方法。